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隨著光伏組件制造工藝的成熟和大規(guī)模的生產(chǎn)，產(chǎn)品價(jià)格的降低，更多、更大規(guī)模的光伏電站相繼建成投產(chǎn)，然而帶來的問題是光伏組件各類質(zhì)量問題導(dǎo)致的組件效率的衰減異常、產(chǎn)品質(zhì)量問題等。

根據(jù)國際電工委員會(huì)(IEC)制定的標(biāo)準(zhǔn)(IEC61215和IEC61730等)，通過相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)認(rèn)證的光伏組件應(yīng)當(dāng)具有25年的生命周期，但是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展的模擬實(shí)驗(yàn)不能充分反映在自然條件下光伏組件的長期表現(xiàn)。

目前常見的光伏組件質(zhì)量問題包括組件破裂、熱斑、主柵線氧化、接線盒腐蝕、封裝材料脫層、背板開裂和閃電紋、蝸牛紋等。

在對光伏電站開展技術(shù)監(jiān)督工作過程中，通過目視檢查和檢測報(bào)告的查閱分析，發(fā)現(xiàn)近些年越來越多的光伏電站的光伏組件出現(xiàn)形如蛛網(wǎng)，亦或是電池柵線熔點(diǎn)相連如線縱橫的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被形象的稱為閃電紋；以及寬如手指的暗色線條又被稱為蝸牛紋。

通過對這一類出現(xiàn)閃電紋和蝸牛紋的光伏電站，進(jìn)行歸類比較，發(fā)現(xiàn)多數(shù)出現(xiàn)閃電紋和蝸牛紋的光伏電站所使用的光伏組件，為安裝使用超過5年以上的多晶硅電池組件比例較多，而這其中所有的案例無一例外的全部為單玻光伏組件。

閃電紋和蝸牛紋僅僅影響了組件的外觀，還是另有其它問題？同時(shí)造成這種現(xiàn)象的成因則又和什么有關(guān)呢？


光伏組件蝸牛紋最早是由德國哈默爾恩太陽能研究院(ISFH)的Marc Koentges在2004年提出的，在國外被稱之snail trails或snail tracks。

2012年光伏行業(yè)國際雜志Photon報(bào)道，世界范圍內(nèi)的組件生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品中均出現(xiàn)過蝸牛紋現(xiàn)象。

在國內(nèi)，蝸牛紋同樣困擾著光伏組件制造廠商和業(yè)主單位。據(jù)報(bào)道，2013年8月，新疆某50MW光伏電站出現(xiàn)批量蝸牛紋現(xiàn)象，其中蝸牛紋組件覆蓋占比75%；2014年山東某250MW光伏電站30%組件出現(xiàn)蝸牛紋現(xiàn)象。

2016年6月3日，一段質(zhì)疑并譴責(zé)中國某公司供應(yīng)組件出現(xiàn)蝸牛紋問題的視頻上傳至Youtube網(wǎng)站，引起光伏制造行業(yè)和光伏發(fā)電企業(yè)的軒然大波。然而不管是蝸牛紋還是閃電紋，對光伏組件的功率以及使用壽命的影響，研究者們目前并沒有統(tǒng)一的結(jié)論，這也使得關(guān)于蝸牛紋的問題的爭議持續(xù)不斷，開展正常組件和蝸牛紋組件的功率衰減比對實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。


由表1可以看出，蝸牛紋組件的功率衰減與正常組件的差別很小，對于使用1年的組件，蝸牛紋組件的平均衰減有可能還不及部分正常組件的基本光衰減率。

另外JipengChang等通過測定光伏組件最大功率以及對應(yīng)的最大電壓和和最大電流，比對發(fā)現(xiàn)蝸牛紋引起的功率損失為6%，結(jié)果見表2。


由表2可以看出，對應(yīng)未出現(xiàn)蝸牛紋的組件功率損失為3.43%，可以認(rèn)為是正常的性能衰減，而出現(xiàn)蝸牛紋后的組件效率損失為9.44%，扣除光伏組件基本衰減后，可以得到由蝸牛紋所引起的功率損失大約為6%。

AlbertoDolara等通過為期22天的實(shí)驗(yàn)，測定了4塊蝸牛紋組件的功率變化，與通用條件下的正常組件進(jìn)行大量對比之后確定蝸牛紋引起的功率損失范圍為14%-35%。

以上情況表面蝸牛紋組件的功率衰減并未完全決定于其隱裂的嚴(yán)重程度，但是蝸牛紋會(huì)加速光伏組件的功率衰減和材料老化，對比發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)蝸牛紋的光伏組件的最大電流下降明顯大于無蝸牛紋的光伏組件。


不同的文獻(xiàn)針對蝸牛紋的成分均進(jìn)行探究。有研究認(rèn)為蝸牛紋的主要成分是單質(zhì)銀(Ag)。

有研究證明了蝸牛紋是碳酸銀(Ag2CO3)和硅片中的微孔陣列共同作用的結(jié)果。

有研究則指出蝸牛紋是碳酸銀(Ag2CO3)和乙酸銀(AgC2H3O2)的混合物，并且成分中的乙酸銀(AgC2H3O2)是是蝸牛紋呈現(xiàn)可見狀態(tài)的引發(fā)因素。

那么組件受到背板與邊框硅膠的保護(hù)，電池片是如何被氧化的呢？在對出現(xiàn)蝸牛紋的組件進(jìn)行分析時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，紋路一般都伴隨著電池片的隱裂出現(xiàn)，在EL成像中能夠清楚看到出現(xiàn)蝸牛紋組件中的電池片隱裂。

雖然這種隱裂對于組件的功率衰減似乎并無大的影響，但是電池片的隱裂本身就對發(fā)電功率有影響，會(huì)使得電流不能從印刷電極柵線流向匯流條。蝸牛紋組件EL成像對比見圖2。


在對出現(xiàn)蝸牛紋的組件進(jìn)行分析時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，紋路一般都伴隨著電池片的隱裂出現(xiàn)，在EL成像中能夠清楚看到出現(xiàn)蝸牛紋組件中的電池片隱裂。

雖然這種隱裂對于組件的功率衰減似乎并無大的影響，但是電池片的隱裂本身就對發(fā)電功率有影響，會(huì)使得電流不能從印刷電極柵線流向匯流條。

據(jù)報(bào)道，如果裂痕達(dá)到電池表面積的8%，就將對其產(chǎn)出產(chǎn)生不良影響，如果電池?cái)嗔巡课贿_(dá)到12%，產(chǎn)出相對斷裂區(qū)域則出現(xiàn)線性下降。
國外有文章指出蝸牛紋的出現(xiàn)與水汽有關(guān)，尤其是從背板透過的水汽，通過EVA膠膜后從隱裂處滲過，在電池片表面富集，造成銀漿氧化，形成黑色紋路。

而實(shí)驗(yàn)室將隱裂的電池片層壓，不用背板封裝，將組件放入濕熱老化箱中，無法重現(xiàn)蝸牛紋，可見蝸牛紋的出現(xiàn)不僅僅與水汽的單方面作用有關(guān)。

那么是否與EVA膠膜的關(guān)系較大。EVA膠膜配方中包含交聯(lián)劑，抗氧劑，偶聯(lián)劑等助劑，其中交聯(lián)劑一般采用過氧化物來引發(fā)EVA樹脂的交聯(lián)，由于過氧化物屬于活性較高的引發(fā)劑，如果在經(jīng)過層壓后交聯(lián)劑還有較多殘留的話，將會(huì)對蝸牛紋的產(chǎn)生有引發(fā)和加速作用。

那么蝸牛紋的出現(xiàn)是一個(gè)綜合的過程，EVA膠膜中的助劑、電池片表面銀漿構(gòu)成、電池片的隱裂以及體系中水份的催化等因素都會(huì)對蝸牛紋的形成起促進(jìn)作用，而蝸牛紋現(xiàn)象的出現(xiàn)也不是必然，而是有它偶然的引發(fā)因素，這也解釋了同一批次組件中不是所有的組件都必然出現(xiàn)的現(xiàn)象。

閃電紋則對應(yīng)另外一種缺陷，如用EL檢測光伏組件，便可發(fā)現(xiàn)在閃電紋的部位發(fā)生電池片隱裂，紋路是吻合的。

而一般發(fā)生隱裂的部位，在戶外陽光曝曬時(shí)發(fā)生熱斑，導(dǎo)致出現(xiàn)隱裂的電池片及周邊的密封材料發(fā)熱，電池片銀柵線燒熔，形成閃電紋。這種隱裂的組件并不是戶外曝曬就一定出現(xiàn)閃電紋的情況，而因漿料問題或印刷問題再層壓封裝的組件，出現(xiàn)閃電紋的概率較大。
參考某光伏電站使用的批次為2013年12月份、2014年1-3月份和7-8月份生產(chǎn)的光伏組件，在2000塊組件中有800塊組件出現(xiàn)閃電紋，占比40%以上。

通過研究資料顯示，主要產(chǎn)生的原因有以下三點(diǎn)：

1. EVA交聯(lián)度太低，或不均性過大，導(dǎo)致在戶外使用的時(shí)候，因?yàn)閼敉馓鞖猸h(huán)境的原因，使得EVA與背板的收縮不一致，造成電池片應(yīng)力差異，達(dá)到一定受力強(qiáng)度，導(dǎo)致電池片隱裂，進(jìn)而在光照過程中產(chǎn)生熱斑，局部的熱斑過熱造成柵線出現(xiàn)熔斷或閃電紋；

2. EVA交聯(lián)度交聯(lián)反應(yīng)在封裝后持續(xù)交聯(lián)，產(chǎn)生硫、氧，與電池片柵線中的銀反應(yīng)，進(jìn)一步加速柵線老化并出現(xiàn)閃電紋；

3. 電池片隱裂，發(fā)生隱裂的部位在光強(qiáng)照射下，發(fā)生熱斑，以及隱裂或進(jìn)一步的裂片造成電池片形成負(fù)載狀態(tài)，加速熱量的積累。

如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對策略

光伏的技術(shù)監(jiān)督一直對于光伏組件熱斑和開展熱斑檢查和熱斑治理非常重視，在技術(shù)監(jiān)督相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也明確光伏電站開展熱斑檢查的管理要求和技術(shù)要求，光伏電站嚴(yán)格執(zhí)行熱斑檢查并記錄熱斑情況，建立熱斑組件臺賬，根據(jù)熱斑情況進(jìn)行分析判斷，必要的時(shí)候補(bǔ)充進(jìn)行EL測試判斷其內(nèi)部故障，防止熱斑的情況造成對光伏組件EVA和背板材料熱膨脹導(dǎo)致電池片受到不同程度的機(jī)械應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生隱裂，以及加速背板材料和EVA材料的老化，造成水汽的進(jìn)入和柵線的氧化。

在后續(xù)光伏組件更換采購時(shí)，考慮購買使用聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚烯烴彈性體(POE)代替EVA封裝材料的光伏組件。

也可以使用雙玻組件，雙玻組件是一種正反面均為鋼化玻璃封裝的光伏組件，相對于單玻加背板的光伏組件，在組件機(jī)械載荷強(qiáng)度，抗水汽進(jìn)入，抗誘發(fā)電勢衰減(PID)，防止背板劃傷等方面均有顯著效果。

蝸牛紋現(xiàn)象作為一種世界范國內(nèi)廣道業(yè)主詬病的組件質(zhì)量問題，目前正在受到科研院所和生產(chǎn)廠商的高度關(guān)注。

研兗者們對于其組成成分提出了Ag、Ag2CO3和AgC2H3O2等多種看法,對于這些成分的確定雖然有相關(guān)文獻(xiàn)成果進(jìn)行報(bào)道,但是關(guān)于其具體的形成機(jī)理仍然缺少深入的探索和證明。

在防治蝸牛紋方面，銀柵線與各類活性物的化學(xué)反應(yīng)是蝸牛紋形成的核心。

針對這些化學(xué)反應(yīng),可通過以下方式抑制蝸牛紋的產(chǎn)生：改進(jìn)封裝材料以減小電池組件隱裂、控制添加劑含量、根除乙酸的產(chǎn)生(替換EVA)。
而雙玻組件的推廣則在減少組件隱裂、防止水汽入侵光伏組件，防止電池片柵線氧化等方面具有一定優(yōu)勢。實(shí)際上，將這兩者結(jié)合起來,應(yīng)當(dāng)可以獲得更好的蝸牛紋防治效果。

目前，在國家加快實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的進(jìn)程中，加速擴(kuò)大的光伏系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模成為收府實(shí)現(xiàn)承諾的保障之一，力爭用100GW的巨額指標(biāo)將2030年的碳排放下將60％~65%(相比2005年)。而蝸牛紋課題作為光伏組件一個(gè)“痛點(diǎn)”向題，仍然處于探索階段。探索這一難題的解決方案具有科研價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

原標(biāo)題：光伏組件蝸牛紋、閃電紋對使用壽命的影響